CN105329941A - 减少钛白粉中小颗粒钛白的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于硫酸法钛白制备领域，具体涉及减少钛白粉中小颗粒钛白的方法。本发明要解决的技术问题是硫酸法通用型钛白的平均粒径为250～300nm，小于180nm小颗粒的比例较高。发明解决上述技术问题的方案是提供一种减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，包括以下步骤：a、将钛液和水分别预热，开启搅拌，将钛液加入到水中形成混合液；b、将混合液升温至一沸；保持沸腾状态，待达到灰点，停止搅拌和加热，25～40min后开启搅拌，继续加热至二沸；c、达到二沸后，加入水进行水解；d、水解结束后得到的偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理，得到钛白产品。本发明提供的方法降低了钛白产品中小颗粒钛白的比例，提高了产品的遮盖力。

Description

减少钛白粉中小颗粒钛白的方法
技术领域
本发明属于硫酸法钛白制备领域，具体涉及减少钛白粉中小颗粒钛白的方法。
背景技术
钛白粉为作为一种白色颜料，具有较佳遮盖力、白度、消色力、耐候性等，广泛用于涂料、塑料、油墨及纸张等领域。钛白粉的遮盖力为重要的指标之一，它直接体现钛白粉区别于其他白色颜料最重要的特征，其值高低对其应用性能及经济性有较大影响。因此，提高钛白的遮盖力是相关研究机构和生产企业重要任务。影响钛白粉遮盖力的主要因素为粒径及分布、分散性、颜料体积浓度(PVC)等。其中粒径及分布是重要的影响因素之一，特别是小于180nm的小颗粒比例，它直接决定钛白粉能否使用。如图1所示，钛白产品粒径与散射力关系密切，散射力高时遮盖力就高。
目前，国内98％钛白企业都采用硫酸法生产，由于工艺技术的先天劣势，硫酸法生产的钛白粉无论在形貌，还是粒径大小及均匀性方面，都与国外先进的氯化法钛白产品差距较大，导致包括遮盖力在内的应用性能相差太大。一般的，国内硫酸法通用型钛白平均粒径为250～300nm，小于180nm小颗粒的比例为15％～30％，远高于杜邦通用型产品，如杜邦钛白粉R706、杜邦钛白粉R902+中小于180nm小颗粒的比例仅为10％。
硫酸法钛白工艺中，产品粒径及分布通常由水解和煅烧工艺决定，因此，降低钛白产品中小颗粒比例的措施将从水解和煅烧，特别是水解工艺入手。而在水解工艺方面，大都集中在控制平均粒径及粒径分布，具体文献如下：
郝琳的硕士论文《二氧化钛水解过程系统研究及优化》通过实验初步考察了在自生晶种水解方法中，加料速率对晶种数量及活性，最终晶体尺寸以及产品粒度分布的影响。
钢铁钒钛(2015年6期)作者任亚平论文《熟化条件对水解偏钛酸粒径的影响》考察了外加晶种水解工艺中熟化时间、熟化方式及搅拌时间对水解偏钛酸粒径及分布的影响。
无机盐工业(2013年8期)作者吴健春论文《钛液水解工艺对偏钛酸性能的影响》考察了晶种加量、变灰点时间、钛液浓度等对偏钛酸粒径分布及过滤性能的影响。
而目前对控制小颗粒的比例方面未见到相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是硫酸法通用型钛白的平均粒径为250～300nm，小于180nm小颗粒的比例较高。
发明解决上述技术问题的方案是提供一种减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，包括以下步骤：
a、将钛液和水分别预热至95～98℃，开启搅拌60～80rmp，在18～22min将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液；
b、将混合液升温至沸腾，此为一沸；保持沸腾状态，待混合液变为钢灰色时，即达到灰点，停止搅拌和加热，25～40min后开启搅拌，转速为20～40rmp，继续加热至沸腾，此为二沸；
c、达到二沸后1.0～2.0h，加入水进行水解1.5～2.5h；所述达到二沸后保持搅拌转速为40～60rpm直至水解结束；
d、水解结束后得到的偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理，得到钛白产品。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤a所述钛液的浓度(以TiO2计)为225～235g/L。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤a所述钛液和水质量比为3.5～4.0︰1。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤c所述水的用量是使水解后偏钛酸浓度(以TiO2计)为155～165g/L。
本发明提供的方法通过减少小颗粒偏钛酸的形成、增加偏钛酸的颗粒性，辅以盐处理煅烧制度，降低了钛白产品中小颗粒钛白的比例，提高了产品的遮盖力。
附图说明
图1金红石型TiO2粒径与散射力之间的关系。
图2实施例1制备得到的钛白粉的扫描电镜图。
图3实施例2制备得到的钛白粉的扫描电镜图。
图4实施例3制备得到的钛白粉的扫描电镜图。
图5实施例4制备得到的钛白粉的扫描电镜图。
具体实施方式
减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，包括以下步骤：
a、将钛液和水分别预热至95～98℃，开启搅拌60～80rmp，在18～22min内将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液；
b、将混合液升温至沸腾，此为一沸；保持沸腾状态，待混合液变为钢灰色时，即达到灰点，停止搅拌和加热，25～40min后开启搅拌，转速为20～40rmp，继续加热至沸腾，此为二沸；
c、达到二沸后1.0～2.0h，加入水进行水解1.5～2.5h；所述达到二沸后保持搅拌转速为40～60rpm直至水解结束；
d、水解结束后得到的偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理，得到钛白产品。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤a所述钛液的浓度(以TiO2计)为225～235g/L。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤a所述钛液和水质量比为3.5～4.0︰1。
上述减少钛白粉中小颗粒钛白的方法中，步骤c所述水的用量是使水解后偏钛酸浓度(以TiO2计)为155～165g/L。
硫酸法钛白工艺中，水解是将黑色钛液水解生成偏钛酸(水合TiO2)的过程，在回转窑内将偏钛酸煅烧生成具有颜料性能的TiO2。研究发现水解偏钛酸小颗粒和颗粒性决定了煅烧后产品小颗粒的比例。因此，减少甚至消除水解过程中小颗粒偏钛酸的的形成和提高偏钛酸的颗粒性，是降低产品中小颗粒钛白比例的主要措施。
硫酸法钛白工艺中，水解过程经历三个阶段，包括结晶中心的形成(晶种)、晶核的成长及水合TiO2开始析出(一次聚集)、水合TiO2开凝聚沉析(二次聚集)等，在二次聚集阶段时，水解率为90％以上，这时最容易形成小颗粒的偏钛酸，在此时采取适当的措施可以减少小颗粒偏钛酸的形成。另外，水解过程中控制搅拌转速，特别是控制二次聚集阶段的搅拌转速可减少偏钛酸的团聚，增强其颗粒性，对后续偏钛酸煅烧创造必要的条件以进一步降低产品中小颗粒的比例。
本发明创造性地在水解时控制加入稀释水的时间，减少小颗粒偏钛酸的形成。水解时加入稀释水的目的是将水解率提高至95％以上，一般情况下在二沸后加入。若稀释水加入时间过早，液相中未水解的钛由于稀释水的加入而强制水解，最容易生成小颗粒，且不规则。因此，待液相中的钛充分水解后，再加入稀释水能显著降低小颗粒偏钛酸的形成。
本发明创造性地通过控制二沸后的搅拌强度来增加偏钛酸的颗粒性。水解偏钛酸为水合TiO2团聚体，随着水解的进行，偏钛酸团聚、包裹越来越严重，在偏钛酸煅烧过程中，包裹在里面的偏钛酸粒子不容易成长，从而造成小颗粒的形成。通过控制搅拌转速，将团聚的偏钛酸最大程度地打散，促使偏钛酸具有较强的颗粒性，在煅烧时更容易长大，降低产品中小颗粒数量。
实施例1
将浓度为235g/L(以TiO2计)左右钛液和水分别预热至96℃，钛液和水质量比为3.8比1。开启搅拌75rmp，在20min内将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液。
将混合液升温至沸腾(一沸)，保持沸腾状态，待混合液变为钢灰色(灰点)时，停止搅拌和加热，35min后开启搅拌，转速为35rmp。继续加热至沸腾(二沸)，二沸后开启搅拌转速为60rpm，二沸后1.5h，加入水，使其水解后偏钛酸浓度为165g/L(以TiO2计)，再水解2h结束。
水解结束后偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理等过程得到钛白产品。
用扫描电镜观测本实施例制备得到的钛白产品形貌，如图2所示，通过粒径软件分析，本实施例制备得到的钛白产品粒径小于180nm的比例为9.13％。
将该钛白产品制备成乳胶漆，采用对比率法测试其遮盖力，为89.92％。
实施例2
将浓度为230g/L(以TiO2计)左右钛液和水分别预热至96℃，钛液和水质量比为4比1。开启搅拌75rmp，在20min内将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液。
将混合液体升温至沸腾(一沸)，保持沸腾状态一段时间，待混合液变为钢灰色(灰点)时，停止搅拌和加热30min，然后开启搅拌，转速为30rmp，继续加热至沸腾(二沸)，二沸后开启搅拌转速为50rpm，二沸后2.0h，加入水，使其水解后偏钛酸浓度为160g/L(以TiO2计)，再水解1.5h结束。
水解结束后偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理等过程得到钛白产品。
用扫描电镜观测本实施例制备得到的钛白产品形貌，如图3所示。通过粒径软件分析，本实施例制备得到的钛白产品粒径小于180nm的比例为8.64％。
将该钛白产品制备成乳胶漆，采用对比率法测试其遮盖力，为90.45％。
对比例1
将浓度为235g/L(以TiO2计)左右钛液和水分别预热至96℃，钛液和水质量比为3.8比1。开启搅拌75rmp，在20min内将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液。
将混合液体升温至沸腾(一沸)，保持沸腾状态一段时间，待混合液变为钢灰色(灰点)时，停止搅拌和加热35min，然后开启搅拌，转速为35rmp，继续加热至沸腾(二沸)，二沸后开启搅拌转速为20rpm，二沸后20min，加入水，使其水解后偏钛酸浓度为165g/L(以TiO2计)，再水解3h10min结束。
水解结束后偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理等过程得到钛白产品。
用扫描电镜观测本对比例制备得到的钛白产品形貌，如图4所示。通过粒径软件分析，本对比例制备得到的钛白产品粒径小于180nm的比例为30.25％。
将该钛白产品制备成乳胶漆，采用对比率法测试其遮盖力，为86.92％。
对比例2
将浓度为230g/L(以TiO2计)左右钛液和水分别预热至96℃，钛液和水质量比为4比1。开启搅拌75rmp，在20min内将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液。
将混合液体升温至沸腾(一沸)，保持沸腾状态一段时间，待混合液变为钢灰色(灰点)时，停止搅拌和加热30min，然后开启搅拌，转速为30rmp，继续加热至沸腾(二沸)，二沸后开启搅拌转速为25rpm，二沸后30min，加入水，使其水解后偏钛酸浓度为160g/L(以TiO2计)，再水解3h结束。
水解结束后偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理等过程得到钛白产品。
用扫描电镜观测本对比例制备得到的钛白产品形貌，如图5所示。通过粒径软件分析，本对比例制备得到的钛白产品粒径小于180nm的比例为24.35％。
将该钛白产品制备成乳胶漆，采用对比率法测试其遮盖力，为87.74％。
本发明提供的方法简单易行，降低了钛白产品中小颗粒钛白的比例，提高了产品的遮盖力。

Claims (4)

1.减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，包括以下步骤：
a、将钛液和水分别预热至95～98℃，开启搅拌60～80rmp，在18～22min将预热的钛液加入到预热的水中形成混合液；
b、将混合液升温至沸腾，此为一沸；保持沸腾状态，待混合液变为钢灰色时，即达到灰点，停止搅拌和加热，25～40min后开启搅拌，转速为20～40rmp，继续加热至沸腾，此为二沸；
c、达到二沸后1.0～2.0h，加入水进行水解1.5～2.5h；所述达到二沸后保持搅拌转速为40～60rpm直至水解结束；
d、水解结束后得到的偏钛酸经过滤洗涤、漂白、盐处理、煅烧、后处理，得到钛白产品。
2.根据权利要求1所述的减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，其特征在于：步骤a所述钛液的浓度(以TiO2计)为225～235g/L。
3.根据权利要求1所述的减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，其特征在于：步骤a所述钛液和水质量比为3.5～4.0︰1。
4.根据权利要求1所述的减少钛白粉中小颗粒钛白的方法，其特征在于：步骤c所述水的用量是使水解后偏钛酸浓度(以TiO2计)为155～165g/L。
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